В 1949 году физик Андрей Сахаров предложил основной принцип советской водородной бомбы — слойку. или почему при термоядерном взрыве не начинается самоподдерживающаяся термоядерная реакция в воде и в воздухе В своё время Нильс Бор говорил, что теоретически возможно запустить такой мощности, такого объема термоядерную реакцию. Создать водородную (термоядерную) бомбу решили участники «Манхэттенского проекта». Что такое водородная бомба, как она устроена, принцип действия термоядерного заряда и когда проведены первые испытания в СССР — написано ниже. Испытание этой термоядерной бомбы стало ключевым фактором, позволившим Советскому Союзу обеспечить ядерно-оружейный паритет с США.
Самая мощная бомба в мире. Какая бомба сильнее: вакуумная или термоядерная?
В некоторых реакциях, например, при распаде урана, в качестве побочного продукта также получаются нейтроны. Именно благодаря этим частицам, которые могут приобретать после распада атома высокую скорость, и возможны цепные реакции, лежащие в основе атомного оружия. В результате образуются осколки деления и два нейтрона, каждый из которых также может поразить атом урана. Таким образом количество распадов начинает увеличиваться в геометрической прогрессии. Однако, чтобы запустить такой процесс, нужно достичь критической массы материала. Если в атомном заряде масса урана будет меньше критической, то никакого взрыва не произойдет.
Поэтому в атомную бомбу закладывают несколько кусочков радиоактивного материала, отделенных друг от друга. В момент взрыва детонирующие заряды сталкивают эти кусочки, достигается критическая масса и начинается взрывной процесс. В водородной бомбе вместо радиоактивного распада используется реакция ядерного синтеза.
К примеру, устройство, испытанное США в 1952 году, представляло собой наземное сооружение высотой с 2-этажный дом и весом свыше 80 тонн.
Жидкое термоядерное горючее хранилось в нём с помощью огромной холодильной установки. Поэтому в дальнейшем серийное производство термоядерного оружия осуществлялось с использованием твёрдого топлива - дейтерида лития-6. В 1954 году США испытали устройство на его основе на атолле Бикини, а в 1955 году на Семипалатинском полигоне была испытана новая советская термоядерная бомба. В 1957 году испытания водородной бомбы провели в Великобритании.
В октябре 1961 года в СССР на Новой Земле была взорвана термоядерная бомба мощностью 58 мегатонн - самая мощная бомба из когда-либо испытанных человечеством, вошедшая в историю под названием «Царь-бомба». Дальнейшее развитие было направлено на уменьшение размеров конструкции водородных бомб, чтобы обеспечить их доставку к цели баллистическими ракетами. Уже в 60-е годы массу устройств удалось уменьшить до нескольких сотен килограммов, а к 70-м годам баллистические ракеты могли нести свыше 10 боеголовок одновременно - это ракеты с разделяющимися головными частями, каждая из частей может поражать свою собственную цель. На сегодняшний день термоядерным арсеналом обладают США, Россия и Великобритания, испытания термоядерных зарядов были проведены также в Китае в 1967 году и во Франции в 1968 году.
Принцип действия водородной бомбы Действие водородной бомбы основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции термоядерного синтеза лёгких ядер. Именно эта реакция протекает в недрах звёзд, где под действием сверхвысоких температур и гигантского давления ядра водорода сталкиваются и сливаются в более тяжёлые ядра гелия.
Ударная волна после взрыва три раза обогнула земной шар. Несмотря на успешное испытание, бомба на вооружение не поступила [9] ; тем не менее, создание и испытание сверхбомбы имели большое политическое значение, продемонстрировав, что СССР решил задачу достижения практически любого уровня мегатоннажа ядерного арсенала.
Основная статья: История создания схемы Теллера — Улама Идея бомбы с термоядерным синтезом, инициируемым атомным зарядом, была предложена Энрико Ферми его коллеге Эдварду Теллеру осенью 1941 года [10] , в самом начале Манхэттенского проекта. Значительную часть своей работы в ходе Манхэттенского проекта Теллер посвятил работе над проектом бомбы синтеза, в некоторой степени пренебрегая собственно атомной бомбой. Его ориентация на трудности и позиция «адвоката дьявола» в обсуждениях проблем заставили Оппенгеймера увести Теллера и других «проблемных» физиков на запасной путь. Первые важные и концептуальные шаги к осуществлению проекта синтеза сделал сотрудник Теллера Станислав Улам.
Для инициирования термоядерного синтеза Улам предложил сжимать термоядерное топливо до начала его нагрева, используя для этого факторы первичной реакции расщепления, а также разместить термоядерный заряд отдельно от первичного ядерного компонента бомбы. Эти предложения позволили перевести разработку термоядерного оружия в практическую плоскость. Исходя из этого, Теллер предположил, что рентгеновское и гамма-излучение, порождённые первичным взрывом, могут передать достаточно энергии во вторичный компонент, расположенный в общей оболочке с первичным, чтобы осуществить достаточную имплозию обжатие и инициировать термоядерную реакцию. Позднее Теллер, его сторонники и противники обсуждали вклад Улама в теорию, лежащую в основе этого механизма.
Взрыв «Джордж» В 1951 году была проведена серия испытаний под общим наименованием Операция «Парник» англ. Operation Greenhouse , в ходе которой отрабатывались вопросы миниатюризации ядерных зарядов при увеличении их мощности. Одним из испытаний в этой серии стал взрыв под кодовым наименованием « Джордж » англ. George , в котором было взорвано экспериментальное устройство, представлявшее собой ядерный заряд в виде тора с небольшим количеством жидкого водорода, помещённым в центре.
Основная часть мощности взрыва была получена именно за счёт водородного синтеза, что подтвердило на практике общую концепцию двухступенчатых устройств. Ivy Mike было проведено полномасштабное испытание двухступенчатого устройства с конфигурацией Теллера-Улама. Мощность взрыва составила 10,4 мегатонны, что в 450 раз превысило мощность бомбы, сброшенной в 1945 году на японский город Нагасаки. Устройство общей массой 62 тонны включало в себя криогенную ёмкость со смесью жидких дейтерия и трития и обычный ядерный заряд, расположенный сверху.
По сути, уже в этот момент набирала обороты гонка вооружений. Сегодня о нём всё чаще говорят на международной арене «Дитя не плачет — мать не разумеет» СССР отставал от Запада в сфере создания ядерного оружия. Несмотря на то что исследования в области физики ядра успешно развивались в нашей стране в 1930-е годы, они были прерваны войной.
Осознав из донесений разведки всю опасность отставания в этой области, осенью 1942 года руководство СССР приняло решение о возобновлении работ по урану. Научным руководителем советского атомного проекта стал 40-летний физик Игорь Курчатов, в команду которого вошли Юлий Харитон, Исаак Кикоин, Яков Зельдович и ряд других ученых. Но в условиях жесточайшей войны достаточное финансирование проекта было невозможным.
И именно американцы продемонстрировали всю его разрушительную силу летом 1945-го: 6 августа на Хиросиму сбросили бомбу под кодовым названием «Малыш», а 9 августа на Нагасаки — «Толстяк». Правда, американские газеты пестрели яркими заголовками, в которых акцент делался на мощности оружия. Некоторые издания обвиняли руководство Японии в том, что оно вынудило США пойти на такие меры.
Иосиф Сталин собрал совещание, на котором поручил ускорить работы по созданию советской атомной бомбы. Куратором от правительства стал Лаврентий Берия. Просите всё что угодно!
Отказа не будет. Только дайте бомбу», — сказал Сталин. Уже через год, в 1946-м, Игорь Курчатов с коллегами запустили первый в Евразии уран-графитовый реактор.
История создания первой водородной бомбы в СССР
- Изотопы водорода.
- История создания первой водородной бомбы в СССР
- Атомная бомба
- Последствия применения водородной бомбы
- Поражающие факторы взрыва водородной бомбы. Водородная бомба
- Опасная «слойка»: как советская водородная бомба потрясла мир
Поражающие факторы взрыва водородной бомбы. Водородная бомба
Как было сказано ранее, принцип действия водородной бомбы основан на реакции синтеза. Конструктив водородной бомбы сформирован на использовании энергии, выделяемой в процессе реакции термоядерного синтеза лёгких ядер. В заключение, вероятно, взорвем водородную бомбу мощностью в 50 миллионов тонн тротила. Водородные прототипы есть в работе почти у всех крупных автоконцернов.
Водородная бомба
Информация о работах американцев над термоядерной бомбой и ее испытании поступала в Советский Союз очень оперативно: над ее добычей работал специальный отдел научно-технической разведки в структуре внешней разведки НКВД. Водородные бомбы — наиболее разрушительный его вариант — имеют теоретически неограниченную мощность, и потому при их разработке между СССР и США развернулась гонка. Лаврентьев описал принцип действия водородной бомбы, где в качестве горючего использовался твердый дейтерид лития. Информация о работах американцев над термоядерной бомбой и ее испытании поступала в Советский Союз очень оперативно: над ее добычей работал специальный отдел научно-технической разведки в структуре внешней разведки НКВД. В первую часть вошло описание принципа действия водородной бомбы с дейтеридом лития-6 в качестве основного взрывчатого вещества и урановым детонатором. Водородные бомбы, также известные как термоядерные бомбы, намного мощнее атомных бомб и основаны на другом типе ядерной реакции, называемой синтезом.
Водородная (термоядерная) бомба: испытания оружия массового поражения
В ядерном синтезе легкие ядра, обычно изотопы водорода деутерий и тритий , объединяются, чтобы образовать более тяжелое ядро, освобождая при этом огромное количество энергии. Двухступенчатая конструкция: Водородная бомба состоит из двух ступеней. Первая ступень, называемая урановой "подрывной зарядкой" или "примесной зарядкой", использует энергию атомной бомбы, чтобы создать условия для термоядерной реакции. Вторая ступень, называемая "термоядерной ступенью", содержит деутерий и тритий, которые при взрыве испускают огромное количество энергии в результате ядерного синтеза. Гораздо большая мощность: Водородная бомба значительно мощнее атомной бомбы. Мощность водородной бомбы измеряется в мегатоннах TNT эквивалент тротилового эквивалента , что означает, что она способна создать разрушения, эквивалентные множеству миллионов тонн тротила.
Разработка и испытания: Разработка водородной бомбы требует значительных научных знаний и технологического уровня. Первая успешная испытанная водородная бомба была проведена в 1952 году Соединенными Штатами Америки.
Будучи отстраненным от ядерных оружейных дел, Оппенгеймер выглядел в глазах научного сообщества США жертвой, а вот Теллеру многие ученые объявили форменный бойкот, причем некоторые так его и не простили. Эдвард Теллер был убежденным антисоветчиком и милитаристом и в 1980-м поддержал рейгановскую Стратегическую оборонную инициативу по развертыванию глобальной системы противоракетной обороны США, ядро которой составил бы космический эшелон боевых средств, включая рентгеновские лазеры с ядерной накачкой. Ученый рисовал перспективы миниатюризации ядерных боеприпасов, расширяющей диапазон применения, и ни в грош не ставил теорию глобальной катастрофы — ядерной зимы. Нужно сказать, что и Андрей Сахаров не всегда был бескомпромиссным поборником мира, противником ядерных испытаний и сторонником разоружения: это пришло со временем. В период, когда у нас еще не было ракетных средств гарантированной доставки ядерных зарядов за океан, он предложил вооружать подводные лодки гигантскими торпедами с термоядерным зарядом катастрофической мощностью 100 Мт. Война на море проиграна, если уничтожены порты, в этом нас заверяют моряки, — писал Сахаров. Одним из первых, с кем я обсуждал этот проект, был контр-адмирал Фомин. Он был шокирован «людоедским» характером проекта и заметил, что военные моряки привыкли бороться с вооруженным противником в открытом бою и что для него отвратительна сама мысль о таком массовом убийстве.
Я устыдился и больше никогда ни с кем не обсуждал своего проекта». На самом деле упрек адмирала выглядел лицемерным. Появившиеся в начале 1960-х у США и СССР атомные подлодки с баллистическими ракетами в ядерном снаряжении были совершенно «людоедскими». Да и стрельба по береговым объектам торпедами с ядерными боезарядами входит в перечень боевых задач, которые могут быть поставлены перед моряками атомного подводного флота. Ну а ответом на сахаровскую идею мирного сближения СССР и Запада стало предложение Теллера о создании глобальной системы защиты от ракетных ядерных ударов. Может быть, оно и не лишено логики, но сегодня, увы, до согласованного управления такой системой далеко. Вероятно, поэтому Сахаров был удостоен в 1975 году Нобелевской премии мира, а Теллер в 1991-м — пародийной Шнобелевской «за претворение в жизнь нового понимания мира». Пародия пародией, но мир сегодня скорее теллеровский, чем сахаровский. Однако отцами глобального стратегического равновесия их вполне можно считать до сих пор. Теллер послужил одним из прототипов главного героя фильма Стенли Кубрика «Доктор Стрейнджлав, или Как я научился не волноваться и полюбил атомную бомбу».
В 1984 году главред «Техники — молодежи» был уволен за публикацию романа «2010: Одиссея два». Захарченко не придал необходимого политического значения тому факту, что роман был посвящен автором, кроме космонавта Леонова, Сахарову». Несмотря на секретность, окружавшую Сахарова, он был удостоен статьи в вышедшей в середине 1950-х БСЭ. Но без портрета и упоминания о заслугах в обороне страны. Венцом термоядерной оружейной программы СССР стало испытание 30 октября 1961 года на Новой Земле водородной «Царь-бомбы» с энерговыделением более 50 Мт. Получилось совершенно по Теллеру, который считал, что радикальный способ устрашить человечество огромной опасностью ядерного оружия — заставить воочию убедиться в ужасающих последствиях его применения.
Нейтроны — это нейтральные субатомные частицы, которые могут проникать сквозь твердые объекты и ионизовать атомы, вызывая повреждение биологических тканей и электронных цепей. Нейтронное излучение нейтронной бомбы может убить или вывести из строя людей и животных в радиусе нескольких сотен метров, оставив нетронутыми здания и инфраструктуру. Идея нейтронных бомб заключалась в том, чтобы разработать оружие, которое могло бы нейтрализовать солдат и танки противника, не вызывая массовых разрушений в городах или инфраструктуре. Соединенные Штаты испытали свою первую нейтронную бомбу в 1963 году, но это оружие так и не было развернуто в полевых условиях из-за политических и этических соображений. Однако, как сообщается, Советский Союз произвел и развернул небольшое количество нейтронных бомб во время холодной войны, и несколько других стран, таких как Франция и Китай, также заявили, что обладают ими. Таким образом, атомные бомбы, водородные бомбы и нейтронные бомбы — это все типы ядерного оружия, которые различаются по своей взрывной мощности, механизмe детонации и радиационному эффекту. Атомные бомбы основаны на делении ядер и выделяют огромное количество энергии в виде тепла, взрыва и излучения. Водородные бомбы, с другой стороны, основаны на ядерном синтезе и намного мощнее атомных бомб, высвобождая энергию, эквивалентную миллионам тонн тротила. Наконец, нейтронные бомбы предназначены для испускания большого количества нейтронного излучения при минимальных взрывах и тепловых эффектах, что делает их потенциально полезными для военных целей. Однако разработка и развертывание ядерного оружия имеют серьезные этические, политические и экологические последствия.
Проект был разработан в 1949 году ещё до испытания первой советской ядерной бомбы Андреем Сахаровым и Юлием Харитоном и имел конфигурацию заряда, отличную от ныне известной раздельной схемы Теллера — Улама. В заряде слои расщепляющегося материала чередовались со слоями топлива синтеза — дейтерида лития в смеси с тритием «первая идея Сахарова». Заряд синтеза, располагающийся вокруг заряда деления, имел коэффициент умножения до 30 раз меньший по сравнению с современными устройствами по схеме Теллер — Улам. Расчёты показали, что разлёт не прореагировавшего материала препятствует увеличению мощности свыше 750 килотонн. После проведения США испытания « Иви Майк » в ноябре 1952, которые доказали возможность создания мегатонных бомб, Советский Союз стал разрабатывать другой проект. Как упоминал в своих мемуарах Андрей Сахаров, «вторая идея» была выдвинута Харитоном ещё в ноябре 1948 года и предлагала использовать в бомбе дейтерид лития, который при облучении нейтронами образует тритий и высвобождает дейтерий. В конце 1953 года физик Виктор Давиденко предложил располагать первичный деление и вторичный синтез заряды в отдельных объёмах, повторив таким образом схему Теллера — Улама. Следующий большой шаг был предложен и развит Франк-Каменецким , Трутневым , Сахаровым и Зельдовичем в 1953 году. А именно, был выполнен «Проект 49», предполагающий использование рентгеновского излучения реакции деления для сжатия дейтерида лития перед синтезом, то есть была разработана идея радиационной имплозии. Дальнейшее развитие этой идеи подтвердило практическое отсутствие принципиальных ограничений на мощность термоядерных зарядов. Советский Союз продемонстрировал это испытаниями в октябре 1961 года, когда на Новой Земле была взорвана бомба мощностью 58 мегатонн «мощного» изделия [12] , доставленная бомбардировщиком Ту-95. Однако такой вариант отвергли, так как он бы привёл к сильнейшему загрязнению полигона осколками деления, и урановая оболочка была заменена на свинцовую [8]. Это было самое мощное взрывное устройство, когда-либо разработанное и испытанное на Земле. Великобритания[ править править код ] В Великобритании разработки термоядерного оружия были начаты в 1954 году в Олдермастоне группой под руководством сэра Уильяма Пеннея, ранее участвовавшего в Манхэттенском проекте в США. В целом информированность британской стороны по термоядерной проблеме находилась на зачаточном уровне, так как Соединённые Штаты не делились информацией, ссылаясь на закон об Атомной энергии 1946 года. Тем не менее британцам разрешали вести наблюдения, и они использовали самолёт для отбора проб в ходе проведения американцами ядерных испытаний , что давало информацию о продуктах ядерных реакций, получавшихся во вторичной стадии лучевой имплозии. Из-за этих трудностей в 1955 британский премьер-министр Энтони Иден согласился с секретным планом, предусматривавшим разработку очень мощной атомной бомбы в случае неудачи Олдермастонского проекта или больших задержек в его реализации. В 1957 году Великобритания провела серию испытаний на островах Рождества в Тихом океане под общим наименованием «Operation Grapple» Операция Схватка.
Цунами высотой в 50 метров. Как работала «ядерная торпеда» Сахарова
научный руководитель Атомного проекта СССР. Принцип их работы немного отличается: если к взрыву атомной бомбы приводит распад ядра, то водородная бомба взрывается благодаря синтезу элементов с выделением колоссального количества энергии. Водородная бомба – это термоядерный боеприпас комбинированного действия, использующий оба указанных принципа ядерных реакций.
Как работает водородная бомба
Эксперименты и расчеты показывали, что при взрыве атомной бомбы из урана-235 или плутония развивается температура в 55 млн. Наконец- то удалось найти «спичку», способную зажечь космический огонь ядерного синтеза! Это означало также, что усовершенствованная атомная бомба может служить детонатором для взрыва гораздо более мощной водородной бомбы, взрывная мощность которой практически неограниченна. Однако между Солнцем и атомной бомбой была существенная разница, которая казалась непреодолимым препятствием на пути осуществления ядерного синтеза на Земле. Внутри Солнца температура в 20 миллионов градусов поддерживается постоянно, поэтому процесс синтеза гелия идет с постоянной скоростью.
Хотя температура внутри атомной бомбы в три раза выше, чем в центре Солнца, она удерживается в течение времени, совершенно недостаточного для превращения обычного водорода в гелий. Это все равно, что зажигать сигарету на ветру, когда у вас всего одна спичка: если ветер достигает ураганной скорости, то совершенно ясно, что вы не успеете зажечь сигарету. Этот неумолимый фактор времени с самого начала заставил ученых прийти к выводу, что на Земле нельзя осуществить процесс синтеза, происходящий на Солнце с обычным водородом, атомный вес которого равен единице. В январе 1950 г.
Исследования в Лос-Аламосе в 1944 и 1945 гг. Это сразу же создало большие трудности, так как тритий не существует в природе и для его создания необходимы затраты больших средств и дорогих стратегических материалов. Так, для производства одного килограмма трития требуется восемьдесят килограммов плутония — расщепляющегося элемента, искусственно созданного для атомной бомбы. Дело осложнялось еще и тем, что тритий — это радиоактивный элемент с периодом полураспада 12 лет.
Другими словами, один килограмм трития в 1958 г. Другое серьезное препятствие заключалось в том, что как дейтерий, так и тритий не может быть синтезирован в обычном для него газообразном состоянии, а должен быть сначала превращен в жидкое вещество. Жидкий же водород кипит т. Транспортировать газообразный водород можно только в герметическом баллоне, находящемся внутри сосуда с жидким воздухом.
Эти требования создавали большие трудности при его производстве, транспортировке и хранении. Создавалось парадоксальное положение. Перед синтезом двух разновидностей водорода, который происходит при температуре выше 50 млн. Естественно, возникал вопрос: удастся ли сохранить вещество в жидком состоянии даже в течение одной миллионной доли секунды при температуре 50 млн.
К июню 1951 г. Именно тогда покойный Гордон Дин, бывший в то время председателем Комиссии по атомной энергии, решил провести совещание руководителей работ. На это совещание, состоявшееся в Институте прогрессивных исследований в Принстоне штат Нью-Джерси , «прибыли доктора фон Нейманн, Ферми, Бете, Теллер, Уиллер, Норрис Брэдбери, Лотар Норхайм, и каждый из них мог внести большой вклад в это дело». За столом сидели руководители всех лабораторий во главе с доктором Оппенгеймером.
В гнетущей обстановке поднялся доктор Теллер и спокойно подошел к доске. На доске чертились схемы. Делались расчеты». У участников совещания появилась надежда.
К концу второго дня у «всех присутствующих появилось ощущение, что впервые мы что-то имеем хотя бы в области идей». Уныние сменилось энтузиазмом, и у всех создалось впечатление, что, наконец, «мы можем на что-то надеяться в будущем». С этого дня работы по созданию водородной бомбы пошли полным ходом. Через четыре дня Комиссия по атомной энергии приняла обязательство построить новый завод, хотя в то время у нее, как заявил Дин, не было на это средств.
Через год, в июне, мы были в состоянии, говоря словами Дина, «завершить работу над этим устройством». Устройство перевели на атолл Эниветок и взорвали 1 ноября 1952 г. Мощность взрыва составляла пять мегатонн пять миллионов тонн тротила. Затем в марте и в апреле 1954 г.
С тех пор было испытано много других конструкций бомб. Хотя открытие, которое совершило переворот в науке и сделало возможным создание водородной бомбы, все еще является секретом, легко отгадать основные принципы ее устройства. Казалось совершенно нелепым, что до осуществления реакции между веществами при температуре 50 млн. Единственным путем устранить такое невозможное требование был отказ от превращения водорода в жидкое состояние.
Надо было соединить газообразный водород с каким- то веществом так, чтобы водород стал частью твердого соединения, способного сохраняться при обычной комнатной температуре. Существуют различные твердые соединения, содержащие водород. Одно из них кажется наиболее подходящим и фактически единственным соединением, которое может служить основной составной частью водородной бомбы. Это специально созданное новое вещество, известное под названием дейтерид лития-6, представляет собой соединение редкого легкого изотопа металлического лития, состоящего из трех протонов и трех нейтронов, с дейтерием, или тяжелым водородом, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона.
Соединение лития и дейтерия при комнатной температуре является твердым веществом. Один атом лития-6 в этом соединении связан с одним атомом дейтерия водород-2 , поэтому общий молекулярный вес соединения равен 8. Другими словами, в восьми килограммах соединения содержится шесть килограммов легкого лития-6. Литий-6 не встречается в природе в чистом виде.
Как и расщепляющийся элемент уран-235, литий существует в смеси двух своих разновидностей: одного — с атомным весом 6 и другого — с атомным весом 7. Так как различные виды одного и того же элемента невозможно разделить химическим путем, необходимо было построить специальный завод по разделению изотопов для получения чистого лития-6. Этот завод и являлся тем «новым заводом», контракт на строительство которого, как сообщил Дин, был подписан через четыре дня после заседания Комиссии в июне 1951 г. Дейтерид лития-6 очень важен по двум причинам.
Он не только обеспечивает возможность хранения дейтерия при комнатной температуре и, таким образом, исключает необходимость превращения его в жидкое состояние при температуре, близкой к абсолютному нулю. Он также делает возможным получение трития — второго элемента, необходимого для создания водородной бомбы в конечной стадии — в самый момент ее взрыва. Дело в том, что в дейтериде лития содержится в виде твердого вещества не только водород-2, но потенциально имеется и водород-3. Это чудо совершают нейтроны, выделяемые детонатором — атомным «снарядом».
Нейтрон, попадающий в ядро атома лития-6, образует составной элемент из трех протонов и четырех нейтронов. При попадании нейтрона большой энергии составное ядро становится крайне неустойчивым и немедленно распадается на две части: водород-3 тритий с ядром из одного протона и двух нейтронов и гелий с ядром из двух протонов и двух нейтронов. Меньше чем за миллионную долю секунды взрыв атомной бомбы освобождает дейтерий и тритий и в тоже время создает температуру более чем в 50 млн. Возможна и другая, хотя и менее вероятная, реакция синтеза.
Две ядерные частицы дейтерия один протон и один нейтрон могут при высокой температуре ядер- ного деления соединиться с ядром лития три протона и три нейтрона , образовав ядро из четырех протонов и четырех нейтронов.
Но нас интересуют прежде всего нейтроны. Дело в том, что число нейтронов в атоме одного и того же вещества может быть разным. Атомный номер вещества в таблице Менделеева будет один и тот же, а вот массовые числа — разные.
Чем больше нейтронов будет иметь ядро, тем, масса будет больше. Такие вещества с «нестандартным» количеством нейтронов называются изотопами. Изотопы встречаются в природе. Некоторые из них весьма стабильны.
А другие изотопы называемые радиоактивными крайне нестабильны и склонны к распаду — когда изначально тяжелые ядра вещества теряют свои частицы, испуская их в окружающее пространство с выделением энергии. При этом излучение ядер может быть трех типов: альфа-лучи, бета-лучи и гамма-лучи. Последние — самые опасные, так как они способны выбивать электроны из атомов живых клеток, что приводит к их гибели лучевая болезнь. Важным свойством ядер изотопов является их способность к расщеплению под воздействием потоков нейтронов.
При этом процессе выделяется энергия, а также новые нейтроны, которые действуют на соседние атомы, которые опять-таки распадаются, выделяя энергию и новые нейтроны. Этот процесс лавинообразно нарастает и называется цепной реакцией. Так и работает атомная бомба, выделяя в процессе расщепления ядер чудовищную энергию и смертельное излучение. Почему же в природе не происходит цепной реакции?
Дело в том, что для этого требуется, чтобы масса вещества превысила некую критическую величину — критическую массу. Если масса вещества меньше критической массы, то испускаемых им нейтронов будет не хватать для запуска цепного процесса. Теперь рассмотрим конструкцию атомной бомбы в самом простом варианте. В корпус боеприпаса помещается две части изотопа например, уран-235 , разделенные друг с другом — так, чтобы каждая из частей имела докритическую массу, но в сумме масса превышала критическую.
Предварительный теоретический анализ показал, что термоядерный синтез легче всего осуществить в смеси дейтерия и трития. Приняв это за основу, ученые США в начале 1950 приступили к реализации проекта по созданию водородной бомбы HB. Первые испытания модельного ядерного устройства были проведены на полигоне Эниветок весной 1951; термоядерный синтез был лишь частичным.
Значительный успех был достигнут 1 ноября 1951 при испытании массивного ядерного устройства, мощность взрыва которого составила 4е8 Мт в тротиловом эквиваленте. Первая водородная авиабомба была взорвана в СССР 12 августа 1953, а 1 марта 1954 на атолле Бикини американцы взорвали более мощную примерно 15 Мт авиабомбу. С тех пор обе державы проводили взрывы усовершенствованных образцов мегатонного оружия.
Взрыв на атолле Бикини сопровождался выбросом большого количества радиоактивных веществ. Часть из них выпала в сотнях километров от места взрыва на японское рыболовецкое судно "Счастливый дракон", а другая покрыла остров Ронгелап. Поскольку в результате термоядерного синтеза образуется стабильный гелий, радиоактивность при взрыве чисто водородной бомбы должна быть не больше, чем у атомного детонатора термоядерной реакции.
Однако в рассматриваемом случае прогнозируемые и реальные радиоактивные осадки значительно различались по количеству и составу. Механизм действия водородной бомбы. Последовательность процессов, происходящих при взрыве водородной бомбы, можно представить следующим образом.
Сначала взрывается находящийся внутри оболочки HБ заряд-инициатор термоядерной реакции небольшая атомная бомба , в результате чего возникает нейтронная вспышка и создается высокая температура, необходимая для инициации термоядерного синтеза. Нейтроны бомбардируют вкладыш из дейтерида лития - соединения дейтерия с литием используется изотоп лития с массовым числом 6. Литий-6 под действием нейтронов расщепляется на гелий и тритий.
Таким образом, атомный запал создает необходимые для синтеза материалы непосредственно в самой приведенной в действие бомбе. Затем начинается термоядерная реакция в смеси дейтерия с тритием, температура внутри бомбы стремительно нарастает, вовлекая в синтез все большее и большее количество водорода. При дальнейшем повышении температуры могла бы начаться реакция между ядрами дейтерия, характерная для чисто водородной бомбы.
Все реакции, конечно, протекают настолько быстро, что воспринимаются как мгновенные. Деление, синтез, деление супербомба. На самом деле в бомбе описанная выше последовательность процессов заканчивается на стадии реакции дейтерия с тритием.
Далее конструкторы бомбы предпочли использовать не синтез ядер, а их деление. В результате синтеза ядер дейтерия и трития образуются гелий и быстрые нейтроны, энергия которых достаточно велика, чтобы вызвать деление ядер урана-238 основной изотоп урана, значительно более дешевый, чем уран-235, используемый в обычных атомных бомбах.
Все испытания проходили в основном на двух полигонах — на Семипалатинском полигоне или "Сияпе", расположенном на территории Казахстана, и на Новой земле, архипелаге в Северном Ледовитом океане. Там осуществили взрыв заряда мощностью 10,4 мегатонны, что в 450 раз превышало мощность бомбы "Толстяк", сброшенной на Нагасаки. Впрочем, называть это устройство бомбой в прямом смысле слова нельзя.
Это была конструкция с трехэтажный дом, заполненная жидким дейтерием. А вот первое термоядерное оружие в СССР было испытано в августе 1953 года на Семипалатинском полигоне. Это была уже настоящая бомба, сброшенная с самолета. Проект был разработан в 1949 году еще до испытания первой советской ядерной бомбы Андреем Сахаровым и Юлием Харитоном. Курчатова 30 октября 1961 года на полигоне "Сухой Нос" на архипелаге Новая земля.
Измеренная мощность взрыва составила 58,6 мегатонны, что многократно превышало все опытные взрывы, произведенные на территории СССР или США. Изначально планировалось, что бомба будет еще больше и мощнее, однако не существовало ни одного самолета, который мог бы поднять больший вес в воздух. Огненный шар взрыва достиг радиуса примерно 4,6 километра.